KR102359024B1 - Bragg Grating Based Optical Fiber Sensor Measuring Inflection Point Vector of Chiral Motion and Manufacturing Method Thereof - Google Patents
Bragg Grating Based Optical Fiber Sensor Measuring Inflection Point Vector of Chiral Motion and Manufacturing Method Thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR102359024B1 KR102359024B1 KR1020200071121A KR20200071121A KR102359024B1 KR 102359024 B1 KR102359024 B1 KR 102359024B1 KR 1020200071121 A KR1020200071121 A KR 1020200071121A KR 20200071121 A KR20200071121 A KR 20200071121A KR 102359024 B1 KR102359024 B1 KR 102359024B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- optical fiber
- bragg grating
- fiber sensor
- core
- bragg
- Prior art date
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 105
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 239000013598 vector Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 30
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 23
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 20
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 6
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 19
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 210000004197 pelvis Anatomy 0.000 description 5
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 210000000245 forearm Anatomy 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 210000000707 wrist Anatomy 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 230000003334 potential effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 238000004441 surface measurement Methods 0.000 description 1
- 210000003813 thumb Anatomy 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- G02B6/0208—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response
- G02B6/02085—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response characterised by the grating profile, e.g. chirped, apodised, tilted, helical
- G02B6/02095—Long period gratings, i.e. transmission gratings coupling light between core and cladding modes
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- G02B6/0208—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response
- G02B6/02085—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response characterised by the grating profile, e.g. chirped, apodised, tilted, helical
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
- G01L1/246—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using integrated gratings, e.g. Bragg gratings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
- G01D5/35309—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer
- G01D5/35316—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer using a Bragg gratings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/3537—Optical fibre sensor using a particular arrangement of the optical fibre itself
- G01D5/35374—Particular layout of the fiber
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- G02B6/02123—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by the method of manufacture of the grating
- G02B6/02147—Point by point fabrication, i.e. grating elements induced one step at a time along the fibre, e.g. by scanning a laser beam, arc discharge scanning
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
- G02B6/4401—Optical cables
- G02B6/441—Optical cables built up from sub-bundles
- G02B6/4413—Helical structure
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- G02B6/0208—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response
- G02B6/02085—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by their structure, wavelength response characterised by the grating profile, e.g. chirped, apodised, tilted, helical
- G02B2006/0209—Helical, chiral gratings
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12133—Functions
- G02B2006/12138—Sensor
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02042—Multicore optical fibres
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
본 실시예들은 헬리컬 구조의 코어에 형성된 이중 브래그 격자를 이용하여 대상체의 움직임을 측정하고 카이랄 동작 변곡점 벡터를 측정할 수 있는 광섬유 센서 및 벡터 측정 장치를 제공한다.The present embodiments provide an optical fiber sensor and a vector measuring device capable of measuring a motion of an object and measuring a chiral motion inflection point vector using a double Bragg grating formed in a core of a helical structure.
Description
본 발명이 기술 분야는 브래그 격자 기반의 광섬유 센서 및 벡터 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a Bragg grating-based optical fiber sensor and a vector measuring device.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information for the present embodiment and does not constitute the prior art.
광섬유 센서는 광섬유 내부 빛의 특성 변화를 검출하여 외부 물리량을 측정하는 센서이다. 외부 물리량에 의해 광섬유 내부를 진행하는 빛의 세기, 주파수, 위상, 편광 등의 빛의 특성이 변화하고, 빛의 특성을 광검출기가 감지하여 외부 물리량을 측정할 수 있다.An optical fiber sensor is a sensor that measures an external physical quantity by detecting a change in the characteristics of light inside the optical fiber. Light characteristics such as intensity, frequency, phase, and polarization of light traveling inside the optical fiber are changed by an external physical quantity, and a photodetector detects the characteristics of the light to measure the external physical quantity.
광섬유 브래그 격자 센서는, 광섬유에 광섬유 브래그 격자를 새긴 후, 주변 온도나 인장 세기에 따라 각 격자에서 반사되는 빛의 파장이 달라지는 특성을 이용한 센서이다. 광섬유 코어에는 클래딩보다 굴절률을 높이기 위하여 특정 물질이 첨가되고, 특정 물질이 실리카 유리에 안착하는 과정에서 구조 결함(defect)이 생길 수 있다. 광섬유 코어에 강한 자외선을 쪼여주면, 물질의 결합구조가 변형되면서 광섬유의 굴절률이 변화된다. The fiber Bragg grating sensor is a sensor using a characteristic that the wavelength of light reflected from each grating varies according to ambient temperature or tensile strength after a fiber Bragg grating is engraved on an optical fiber. A specific material is added to the optical fiber core to increase the refractive index than that of the cladding, and a structural defect may occur in the process of the specific material being seated on the silica glass. When strong ultraviolet rays are applied to the optical fiber core, the refractive index of the optical fiber is changed as the bonding structure of the material is deformed.
광섬유 브래그 격자는 이러한 현상을 이용하여 광섬유 코어의 굴절률을 주기적으로 변화시킨 것이다. 브래그 격자는 브래그 조건을 만족하는 파장만을 반사하고, 그 외의 파장은 그대로 투과시키는 특징을 갖는다. 격자의 주변 온도가 바뀌거나 격자에 인장이 가해지면, 광섬유의 굴절률이나 길이가 변화되어 반사되는 빛의 파장이 변화된다. 광섬유 브래그 격자에서 반사되는 빛의 파장을 측정함으로써 온도나 인장, 또는 압력, 구부림 등을 감지할 수 있다.The optical fiber Bragg grating uses this phenomenon to periodically change the refractive index of the optical fiber core. The Bragg grating reflects only wavelengths that satisfy the Bragg condition, and transmits other wavelengths as they are. When the ambient temperature of the grating changes or when tension is applied to the grating, the refractive index or length of the optical fiber changes and the wavelength of the reflected light changes. By measuring the wavelength of light reflected from a fiber Bragg grating, temperature, tension, pressure, or bending can be detected.
본 발명의 실시예들은 헬리컬 구조의 코어에 이중 브래그 격자를 형성하여 대상체의 움직임을 벡터로 출력하는데 주된 목적이 있다.Embodiments of the present invention have a main purpose of forming a double Bragg lattice in a core of a helical structure to output a motion of an object as a vector.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other objects not specified in the present invention may be additionally considered within the scope that can be easily inferred from the following detailed description and effects thereof.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 코어에 3 개 이상의 기본 브래그 격자를 형성하는 단계 및 상기 코어에서 연속하는 2 개의 기본 브래그 격자 사이에 서브 브래그 격자를 형성하는 단계를 포함하는 광섬유 센서의 제작 방법을 제공한다.According to one aspect of this embodiment, there is provided a method of manufacturing an optical fiber sensor comprising the steps of forming three or more basic Bragg gratings in a core and forming sub Bragg gratings between two consecutive basic Bragg gratings in the core. do.
상기 광섬유 센서의 제작 방법은 상기 기본 브래그 격자를 형성하는 단계 이전에, 상기 코어를 회전시켜 사출하는 방식으로 헬리컬 구조를 갖는 코어를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method of the optical fiber sensor may further include, before forming the basic Bragg grating, forming a core having a helical structure by rotating the core and injecting it.
상기 기본 브래그 격자를 형성하는 단계는, 상기 코어에 자외선(Ultraviolet)을 조사하는 방식을 통해 상기 기본 브래그 격자를 형성할 수 있다.The forming of the basic Bragg grating may include forming the basic Bragg grating by irradiating the core with ultraviolet (Ultraviolet).
상기 서브 브래그 격자를 형성하는 단계는, 상기 코어에 펄스 레이저를 조사하는 방식을 통해 상기 서브 브래그 격자를 형성할 수 있다.The forming of the sub Bragg grating may include forming the sub Bragg grating by irradiating a pulse laser to the core.
상기 기본 브래그 격자를 형성하는 단계는, 상기 코어에 구간의 길이가 변하는 장주기(Long Period)로 상기 기본 브래그 격자를 형성할 수 있다.The forming of the basic Bragg lattice may include forming the basic Bragg lattice in a long period in which a length of a section in the core changes.
상기 서브 브래그 격자를 형성하는 단계는, 상기 코어에 균일한 길이를 갖는 단주기(Short Period)로 상기 서브 브래그 격자를 형성할 수 있다.The forming of the sub Bragg grating may include forming the sub Bragg grating in a short period having a uniform length in the core.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 광섬유 센서에 있어서, 브래그 격자가 형성된 코어 및 상기 코어의 둘레를 감싼 클래딩을 포함하며, 상기 브래그 격자는 (i) 3 개 이상의 기본 브래그 격자 및 (ii) 연속하는 2 개의 기본 브래그 격자 사이에 위치하는 서브 브래그 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서를 제공한다.According to another aspect of this embodiment, in an optical fiber sensor, comprising a core having a Bragg grating formed thereon and a cladding surrounding the core, wherein the Bragg grating comprises (i) three or more basic Bragg gratings and (ii) two consecutive Bragg gratings. It provides an optical fiber sensor comprising a sub Bragg grating positioned between the two basic Bragg gratings.
상기 광섬유 센서는 상기 클래딩을 감싼 보호층을 더 포함할 수 있다.The optical fiber sensor may further include a protective layer surrounding the cladding.
상기 코어는 헬리컬 구조로 형성될 수 있다.The core may be formed in a helical structure.
상기 헬리컬 구조로 형성된 코어는 상기 헬리컬 구조에 따른 탄성파를 이용하여 상기 브래그 격자의 파장을 이동시키고 상기 광섬유 센서의 방향 전환 속도를 가속할 수 있다.The core formed in the helical structure may move the wavelength of the Bragg grating and accelerate the direction change speed of the optical fiber sensor by using the elastic wave according to the helical structure.
상기 헬리컬 구조로 형성된 코어는 상기 헬리컬 구조에 따른 광의 입사각 변형을 통하여 광의 임계각을 변화시킬 수 있다.The core formed in the helical structure may change a critical angle of light through a change in an incident angle of light according to the helical structure.
상기 기본 브래그 격자는 구간의 길이가 변하는 장주기(Long Period)로 형성될 수 있다.The basic Bragg grating may be formed in a long period in which the length of the section changes.
상기 기본 브래그 격자는 상기 브래그 격자의 파장의 이동에 영향을 주지 않고, 상기 브래그 격자의 파장의 크기에 주기적인 패턴을 형성하여 공간 측정의 상대적인 기준을 제공할 수 있다.The basic Bragg grating may provide a relative reference for spatial measurement by forming a periodic pattern in the size of the wavelength of the Bragg grating without affecting the movement of the wavelength of the Bragg grating.
상기 기본 브래그 격자는 코어 모드와 클래딩 모드의 상호 작용에 의한 커플링 현상으로 스펙트럼의 피크를 제외한 나머지 영역을 통과시키는 필터로 동작할 수 있다.The basic Bragg grating is a coupling phenomenon due to the interaction between the core mode and the cladding mode, and may operate as a filter that passes the remaining regions except for the peaks of the spectrum.
상기 장주기는 광의 진행 방향으로 선형적으로 또는 비선형으로 변하는 비균일한 길이를 갖는 첩(Chirp) 구간을 포함할 수 있다.The long period may include a chirp section having a non-uniform length that is linearly or non-linearly changed in the propagation direction of light.
상기 서브 브래그 격자는 균일한 길이를 갖는 단주기(Short Period)로 형성될 수 있다.The sub Bragg grating may be formed in a short period having a uniform length.
상기 기본 브래그 격자의 파장 변이와 상기 서브 브래그 격자의 파장 변이를 통해 광신호의 공진을 형성할 수 있다.Resonance of an optical signal may be formed through a wavelength shift of the basic Bragg grating and a wavelength shift of the sub Bragg grating.
상기 광섬유 센서는 커브 구간을 갖는 탄성체를 포함하며, 상기 코어 및 상기 클래딩이 상기 탄성체에 형성될 수 있다.The optical fiber sensor may include an elastic body having a curved section, and the core and the cladding may be formed in the elastic body.
상기 탄성체는 상기 커브 구간과 직선 구간을 포함하며, 상기 서브 브래그 격자가 상기 직선 구간에 위치할 수 있다.The elastic body may include the curved section and the straight section, and the sub Bragg lattice may be positioned in the straight section.
본 실시예의 다른 측면에 의하면, 벡터 측정 장치에 있어서, 광섬유 센서, 상기 광섬유 센서에 광신호를 송신하고 파장이 변화된 광신호를 수신하는 파장 계측부, 및 상기 파장이 변화된 광신호를 분석하여 대상체의 동작에 대한 벡터를 출력하는 벡터 처리부를 포함하며, 상기 광섬유 센서는, 브래그 격자가 형성된 코어 및 상기 코어의 둘레를 감싼 클래딩을 포함하며, 상기 브래그 격자는 (i) 3 개 이상의 기본 브래그 격자 및 (ii) 연속하는 2 개의 기본 브래그 격자 사이에 위치하는 서브 브래그 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 벡터 측정 장치를 제공한다.According to another aspect of this embodiment, in the vector measuring apparatus, an optical fiber sensor, a wavelength measuring unit for transmitting an optical signal to the optical fiber sensor and receiving an optical signal having a changed wavelength, and analyzing the optical signal with a changed wavelength to operate the object and a vector processing unit outputting a vector for ) provides a vector measuring device, characterized in that it includes a sub Bragg grating positioned between two consecutive basic Bragg gratings.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 헬리컬 구조의 코어에 형성된 이중 브래그 격자를 이용하여 대상체의 움직임을 측정하고 카이랄 동작 변곡점 벡터를 측정할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, there is an effect of measuring the motion of the object and measuring the chiral motion inflection point vector using the double Bragg grating formed in the core of the helical structure.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if the effects are not explicitly mentioned herein, the effects described in the following specification expected by the technical features of the present invention and their potential effects are treated as if they were described in the specification of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 센서의 제작 방법을 예시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서를 예시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서의 외형을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서의 단면을 예시한 도면이다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서에서 헬리컬 구조로 형성된 코어를 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서의 이중 브래그 격자를 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서의 탄성체의 외형을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벡터 측정 장치를 예시한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서의 움직임을 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서가 신체에 부착된 것을 예시한 도면이다.
도 11은 골반의 움직임을 예시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서에 인가된 복수의 파장 대역을 예시한 도면이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서를 골반에 부착한 상태에서 광섬유 센서로부터 출력된 광신호의 파장 변화를 예시한 도면이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an optical fiber sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating an optical fiber sensor according to another embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an external appearance of an optical fiber sensor according to another embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a cross-section of an optical fiber sensor according to another embodiment of the present invention.
5 is a view illustrating a core formed in a helical structure in an optical fiber sensor according to another embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a double Bragg grating of an optical fiber sensor according to another embodiment of the present invention.
7 is a view illustrating an outer shape of an elastic body of an optical fiber sensor according to another embodiment of the present invention.
8 is a block diagram illustrating a vector measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating the movement of an optical fiber sensor according to another embodiment of the present invention.
10 is a view illustrating that the optical fiber sensor is attached to the body according to another embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating the movement of the pelvis.
12 is a diagram illustrating a plurality of wavelength bands applied to an optical fiber sensor according to another embodiment of the present invention.
13 and 14 are diagrams illustrating changes in the wavelength of an optical signal output from the optical fiber sensor in a state where the optical fiber sensor is attached to the pelvis according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.Hereinafter, in the description of the present invention, if it is determined that the subject matter of the present invention may be unnecessarily obscure as it is obvious to those skilled in the art with respect to related known functions, the detailed description thereof will be omitted, and some embodiments of the present invention will be described. It will be described in detail with reference to exemplary drawings.
본 실시예에 따른 광섬유 센서는 헬리컬 구조의 코어에 형성된 이중 브래그 격자를 이용하여 신체 운용의 연속적인 동작 모니터링이 가능하다. 본 실시예에 따른 광섬유 센서는 정적인 동작의 연속적 흐름을 측정할 수 있고, 동적인 동작의 연속적 흐름을 측정할 수 있고, 순간적인 파장 변이에 따른 변곡점을 측정할 수 있다.The optical fiber sensor according to the present embodiment enables continuous motion monitoring of body operation by using a double Bragg grating formed in a core of a helical structure. The optical fiber sensor according to the present embodiment may measure the continuous flow of a static motion, measure the continuous flow of a dynamic motion, and measure an inflection point according to an instantaneous wavelength change.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 센서의 제작 방법을 예시한 흐름도이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an optical fiber sensor according to an embodiment of the present invention.
광섬유 센서의 제작 방법은 코어에 3 개 이상의 기본 브래그 격자를 형성하는 단계(S101) 및 코어에서 연속하는 2 개의 기본 브래그 격자 사이에 서브 브래그 격자를 형성하는 단계(S102)를 포함한다.The manufacturing method of the optical fiber sensor includes forming three or more basic Bragg gratings in a core (S101) and forming a sub Bragg grating between two consecutive basic Bragg gratings in the core (S102).
광섬유 센서의 제작 방법은 기본 브래그 격자를 형성하는 단계(S101) 이전에, 코어를 회전시켜 사출하는 방식으로 헬리컬 구조를 갖는 코어를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 헬리컬 구조는 단순한 트위스트 구조와 다르다.The manufacturing method of the optical fiber sensor may further include, before the forming of the basic Bragg grating ( S101 ), forming a core having a helical structure by rotating the core and injecting it. A helical structure is different from a simple twisted structure.
기본 브래그 격자를 형성하는 단계(S101)는 코어에 자외선(Ultraviolet)을 조사하는 방식을 통해 기본 브래그 격자를 형성할 수 있다. 기본 브래그 격자를 형성하는 단계(S101)는 코어에 구간의 길이가 변하는 장주기(Long Period)로 기본 브래그 격자를 형성할 수 있다.In the step of forming the basic Bragg lattice ( S101 ), the basic Bragg lattice may be formed by irradiating the core with ultraviolet (Ultraviolet). In the step of forming the basic Bragg lattice ( S101 ), the basic Bragg lattice may be formed in a long period in which the length of the section changes in the core.
서브 브래그 격자를 형성하는 단계(S102)는 코어에 펄스 레이저를 조사하는 방식을 통해 서브 브래그 격자를 형성할 수 있다. 예컨대, 펨토초 레어저를 이용할 수 있다. 서브 브래그 격자를 형성하는 단계(S102)는 코어에 균일한 길이를 갖는 단주기(Short Period)로 서브 브래그 격자를 형성할 수 있다.In the step of forming the sub Bragg grating ( S102 ), the sub Bragg grating may be formed by irradiating a pulse laser to the core. For example, a femtosecond laser may be used. In the step of forming the sub Bragg lattice ( S102 ), the sub Bragg lattice may be formed in a short period having a uniform length in the core.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서를 예시한 블록도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서의 외형을 예시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서의 단면을 예시한 도면이다.2 is a block diagram illustrating an optical fiber sensor according to another embodiment of the present invention, FIG. 3 is a diagram illustrating an external appearance of an optical fiber sensor according to another embodiment of the present invention, and FIG. 4 is another embodiment of the present invention It is a diagram illustrating a cross-section of the optical fiber sensor according to FIG.
광섬유 센서(10)는 브래그 격자(Bragg Grating)가 형성된 코어(100) 및 코어(Core, 100)의 둘레를 감싼 클래딩(Cladding, 200)을 포함한다. 광섬유 센서(10)는 클래딩(200)을 감싼 보호층(300)을 더 포함할 수 있다. 보호층(300)은 외부로부터 차폐 및 보호를 위한 코팅층 및 재킷층을 포함할 수 있다. 광섬유 센서(10)의 끝단에 축 고정 홀더를 포함할 수 있다. The
광섬유 센서(10)는 센서 측정 부위의 양단 또는 한쪽에 위치할 수 있다. 동작의 중심과 동작의 끝단에 위치할 수 있다. The
광섬유 센서(10)는 클래딩 내부의 코어의 개수에 따라 단일 코어 또는 복수 코어로 형성될 수 있다.The
광섬유 센서(10)는 코어에서 브래그 격자의 위치에 따라 일점형, 다중형, 분포형으로 형성될 수 있다. 일점형은 하나의 코어의 좁은 구간에 하나 이상의 브래그 격자가 새겨진 간단한 구조이다. 다중형은 하나의 코어의 다양한 구간마다 브래그 격자가 일점형으로 새겨진 구조이다. 예컨대, 이중형은 2 그룹의 일점형이 코어의 양단에 각각 위치할 수 있다. 분포형은 하나의 코어의 넓은 구간에 걸쳐서 브래그 격자가 연속적으로 새겨진 구조이다.The
광섬유 브래그 격자는 입사광의 특정 파장을 반사하는 많은 패턴의 반사점을 지닌 작은 길이로 형성된다. 광신호의 모든 파장은 반사되거나 감쇄되지 않고 일부의 파장만 격자를 통해 전송된다. 각 격자에서 반사되는 광신호는 좁은 스펙트럼을 갖는다. 반사 피크(Peak)의 파장을 분석하면 변이 요인을 파악할 수 있다.Fiber Bragg gratings are formed in small lengths with many patterns of reflection points that reflect specific wavelengths of incident light. All wavelengths of the optical signal are not reflected or attenuated, and only some wavelengths are transmitted through the grating. The light signal reflected from each grating has a narrow spectrum. By analyzing the wavelength of the reflection peak, the shift factor can be identified.
광섬유 브래그 파장은 λB=2neA 브래그 조건을 만족한다. 여기서 ne는 광섬유 격자의 유효굴절률(Effective Refractive Index)로 빛이 브래그 격자의 한 주기를 진행할 때 평균 굴절률을 의미한다. A는 광섬유에 새겨진 브래그 격자의 간격(Grating Period)을 의미한다. 브래그 파장의 변화를 측정하면 광섬유 격자에 인가된 물리량을 산출할 수 있다.Fiber Bragg wavelength satisfies λ B =2n e A Bragg condition. Here, n e is the effective refractive index of the optical fiber grating and means the average refractive index when light passes through one cycle of the Bragg grating. A means the Grating Period of the Bragg gratings engraved on the optical fiber. By measuring the change in the Bragg wavelength, the physical quantity applied to the optical fiber grating can be calculated.
하나의 광섬유에 여러 개의 격자가 사용되더라도 각 격자의 반사 파장을 모두 다르게 하면 반사된 광신호의 스펙트럼으로부터 각각의 격자에 해당하는 물리량을 구분할 수 있다. 파장 분할 방식이라고 한다. Even if multiple gratings are used in one optical fiber, if the reflection wavelengths of each grating are all different, the physical quantity corresponding to each grating can be distinguished from the spectrum of the reflected optical signal. This is called wavelength division.
본 실시예에 따른 광섬유 센서는 동일 파장의 근접 파장과의 상관 관계 흐름, 동일 파장의 서로 다른 위치에 놓인 브래그 파장의 분리 변이 흐름을 연속적으로 정밀하게 측정할 수 있다.The optical fiber sensor according to the present embodiment can continuously and precisely measure the correlation flow with the adjacent wavelengths of the same wavelength and the separation transition flow of the Bragg wavelengths placed at different positions of the same wavelength.
본 실시예에 따른 광섬유 센서에서 격자에서 반사되는 파장은 서로 다른 위치에 놓인 동일 브래그 파장의 유효 굴절률과 격자 간격의 함수로 표현된다. 본 실시예에 따른 광섬유 센서는 좌우 밸런스 흐름에서 정밀한 영률 포인트 패턴을 측정할 수 있다. 정밀한 흐름 패턴은 주기적인 좌우 밸런스의 영률 포인트 신호를 생성한다.The wavelength reflected from the grating in the optical fiber sensor according to the present embodiment is expressed as a function of the effective refractive index of the same Bragg wavelength placed at different positions and the grating spacing. The optical fiber sensor according to the present embodiment can measure a precise Young's modulus point pattern in a left-right balance flow. A precise flow pattern creates a periodic, left-right balanced Young's modulus point signal.
본 센서는 영률의 반복 패턴 속에서 획득된 신호를 통해 카이랄 신체 동작을 확인할 수 있다. 카이랄 신체 동작은 정적 평형 상태와 동적 평형 상태로 구분된다. 정적 평형 상태 측정은 자세 조정으로 자세의 안전성과 평형성을 측정하고, 동적 평형 상태 측정은 신체 동작의 순간적인 변곡 속도와 가속도를 측정한다.This sensor can confirm the chiral body motion through the signal acquired in the repeating pattern of Young's modulus. Chiral body motion is divided into static equilibrium and dynamic equilibrium. The static equilibrium measurement measures the stability and balance of the posture by adjusting the posture, and the dynamic equilibrium state measurement measures the instantaneous inflection speed and acceleration of body movements.
일반적인 사물의 물리량을 절대적인 수치로 측정하는 것과 달리, 동적인 구조체의 움직임은 상대적인 수치로 해석하는 것이 바람직하다. 특히 상대적인 수치 해석은 카이랄 구조체 영률 측정에 적합하다. 카이랄 구조체의 움직임은 수직과 수평의 편위가 혼합된 완만한 3차원 경사를 따르는 속성을 가지기 때문이다. Unlike measuring the physical quantity of a general object as an absolute value, it is desirable to interpret the movement of a dynamic structure as a relative value. In particular, relative numerical analysis is suitable for measuring Young's modulus of chiral structures. This is because the movement of the chiral structure has the property of following a gentle three-dimensional inclination mixed with vertical and horizontal excursions.
동물의 신체 구조는 카이랄 구조로 되어 있고 근육과 뼈가 유기적으로 연결되어 있다. 본 센서는 골격계의 정적 및 동적 측정 범위와 정도를 제공할 수 있다. 본 센서는 빛의 입사각의 사선 변형을 통한 빛의 임계각 변화와 외부 스트레인에 의해 변형된 굴절률 변화로 브래그 파장 변이를 유도한다. 임계각 변화와 굴절률 변화는 방향 측정을 가능하게 한다. 파장 변이의 정도를 측정하여 스칼라량을 측정할 수 있고, 파장의 변이는 스트레인 응력 방향에 따라 양과 음의 부호를 가지므로 방향을 측정할 수 있다.The body structure of animals is a chiral structure, and muscles and bones are organically connected. The present sensor can provide the range and extent of static and dynamic measurements of the skeletal system. This sensor induces a Bragg wavelength shift by changing the critical angle of light through oblique deformation of the incident angle and changing refractive index by external strain. Critical angle changes and refractive index changes enable direction measurements. A scalar quantity can be measured by measuring the degree of wavelength shift, and since the wavelength shift has positive and negative signs according to the direction of strain stress, the direction can be measured.
스트레인의 변이는 광섬유의 광탄성(Photoelasticity)에 의해 압축이니 텐션 아래에서 음 또는 양의 단축결정(Uniaxial Crystal) 성질을 나타낸다. 실질적인 스트레스는 광축에 작용하게 된다. 광축에 작용하는 스트레스의 정량적 값은 파장의 변이를 통해 산출된다. 광섬유의 광탄성은 광학적으로 등방적인 물질에 역학적 스트레스를 가하여 비등방적으로 만드는 것을 의미한다.The strain change is compressed by the photoelasticity of the optical fiber and exhibits negative or positive uniaxial crystal properties under tension. The actual stress will act on the optical axis. The quantitative value of the stress acting on the optical axis is calculated through the change of the wavelength. The photoelasticity of an optical fiber means that an optically isotropic material is made anisotropic by applying mechanical stress.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서에서 헬리컬 구조로 형성된 코어를 예시한 도면이다.5 is a view illustrating a core formed in a helical structure in an optical fiber sensor according to another embodiment of the present invention.
코어(100)는 헬리컬 구조로 형성될 수 있다. The
헬리컬 코어 구조는 카이랄 동작 변곡 측정의 연속적 영률 측정을 가능하게 하는 기본 구조이다. 헬리컬 코어 구조는 광섬유 단독의 영률 변화만으로도 브래그 격자의 파장 변이를 가능하게 한다. The helical core structure is a basic structure that enables continuous Young's modulus measurements of chiral motion strain measurements. The helical core structure enables the wavelength shift of the Bragg grating only by changing the Young's modulus of the optical fiber alone.
브래그 파장의 변이는 외부에서의 광파로 축에 인가된 스트레인으로 인한 굴절률의 변화에 따른 특정 브래그 파장을 유도한다. 기본 광섬유 센서는 광파로 축의 변형인 장방향의 스트레인의 인가에 의해 조절된다. 기본 광섬유 센서는 광섬유의 인장을 유도하여 굴절률의 변형을 일으키는 기계적 물성의 변형을 이용하므로, 대상체와의 접합 정도가 측정 정확도에 큰 영향을 준다. A change in the Bragg wavelength induces a specific Bragg wavelength according to a change in refractive index due to a strain applied to an external light wave axis. A basic fiber optic sensor is controlled by the application of longitudinal strain, which is a deformation of the optical wave path axis. Since the basic optical fiber sensor uses a deformation of mechanical properties that induces a tensile force of an optical fiber and causes a change in refractive index, the degree of bonding to an object has a great influence on measurement accuracy.
기존의 방식은 복잡한 체표 곡률을 압박하여 인장하는 방식으로 신체 본연의 자연스러운 연속적 흐름을 측정하는데 곤란하다. 기존의 방식은 공간적인 신체 동작을 측정하는데 곤란하다. The existing method is difficult to measure the natural continuous flow of the body by compressing and tensioning the complex curvature of the body surface. The existing method is difficult to measure spatial body motion.
기존의 방식과 달리, 헬리컬 코어 구조를 적용하여 체표 측정에 공간적 움직임 속성을 반영할 수 있다. 헬리컬 코어 구조는 체표의 복잡한 형상 측정을 가능하게 하는 민감도를 갖게 한다. 헬리컬 코어 구조는 외부 구조물의 스트레인으로부터 자유롭게 하고, 광섬유 자체 동작 제어만으로도 방향 측정을 가능하게 한다.Unlike the existing method, spatial motion properties can be reflected in body surface measurement by applying a helical core structure. The helical core structure has a sensitivity that enables the measurement of the complex shape of the body surface. The helical core structure frees the external structure from strain and enables direction measurement only by controlling the operation of the optical fiber itself.
헬리컬 코어 구조는 벡터 방향 전환시 방향 전환 속도 측정을 정밀하게 측정할 수 있도록 돕는 기계적 구조이다. 헬리컬 구조로 형성된 코어는 헬리컬 구조에 따른 탄성파를 이용하여 브래그 격자의 파장을 이동시키고 광섬유 센서의 방향 전환 속도를 가속할 수 있다. The helical core structure is a mechanical structure that helps to precisely measure the direction change speed measurement during vector direction change. The core formed in the helical structure may move the wavelength of the Bragg grating and accelerate the direction change speed of the optical fiber sensor by using the elastic wave according to the helical structure.
헬리컬 구조의 비대칭적 전단력(Shear Force) 스트레인 인가에 의한 브래그 격자의 파장 변이는 신체 동작의 연속적 파장 변이를 측정할 때 정확도를 높여준다.The wavelength shift of the Bragg grating due to the application of asymmetric shear force strain of the helical structure increases the accuracy when measuring the continuous wavelength shift of body motion.
헬리컬 구조로 형성된 코어는 헬리컬 구조에 따른 광의 입사각 변형을 통하여 광의 임계각을 변화시킬 수 있다. 파면과 편광의 변화를 주어 파형의 변화를 유도할 수 있다.The core formed in the helical structure may change the critical angle of light through a change in the incident angle of light according to the helical structure. By changing the wavefront and polarization, it is possible to induce a change in the waveform.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서의 이중 브래그 격자를 예시한 도면이다.6 is a diagram illustrating a double Bragg grating of an optical fiber sensor according to another embodiment of the present invention.
브래그 격자는 (i) 3 개 이상의 기본 브래그 격자(110) 및 (ii) 연속하는 2 개의 기본 브래그 격자 사이에 위치하는 서브 브래그 격자(120)를 포함한다.The Bragg grating includes (i) three or more
기본 브래그 격자(110)는 구간의 길이가 변하는 장주기(Long Period)로 형성될 수 있다. 기본 브래그 격자(110)는 브래그 격자의 파장의 이동에 영향을 주지 않고, 브래그 격자의 파장의 크기에 주기적인 패턴을 형성하여 공간 측정의 상대적인 기준을 제공할 수 있다. 기본 브래그 격자(110)는 코어 모드와 클래딩 모드의 상호 작용에 의한 커플링 현상으로 스펙트럼의 피크를 제외한 나머지 영역을 통과시키는 필터로 동작할 수 있다.The basic Bragg grating 110 may be formed in a long period in which the length of the section changes. The basic Bragg grating 110 may provide a relative reference for spatial measurement by forming a periodic pattern in the size of the wavelength of the Bragg grating without affecting the movement of the wavelength of the Bragg grating. The basic Bragg grating 110 is a coupling phenomenon due to the interaction between the core mode and the cladding mode, and may operate as a filter that passes the remaining regions except for the peaks of the spectrum.
장주기는 광의 진행 방향으로 선형적으로 또는 비선형으로 변하는 비균일한 길이를 갖는 첩(Chirp) 구간(D11, D12, D13, D14)을 포함할 수 있다.The long period may include chirp sections D11, D12, D13, and D14 having non-uniform lengths that change linearly or non-linearly in the propagation direction of light.
서브 브래그 격자(120)는 균일한 길이를 갖는 단주기(Short Period, D21, D22, D23, D24)로 형성될 수 있다. The sub Bragg grating 120 may be formed in a short period (Short Period, D21, D22, D23, D24) having a uniform length.
광섬유 센서(10)는 기본 브래그 격자(110)의 파장 변이와 서브 브래그 격자(120)의 파장 변이를 통해 광신호의 공진을 형성할 수 있다.The
센서의 격자에서 반사되는 파장은 서로 다른 위치에 놓인 동일 브래그 파장의 유효 굴절률과 격자 간격의 함수이다. 좌우 밸런스의 흐름도에 정밀한 열률 포인트 패턴 측정한다. 정밀한 흐름도의 패턴은 주기적인 좌우 균형의 밸런스의 열률 포인트 신호를 생성하게 된다. The wavelength reflected from the sensor's grating is a function of the grating spacing and the effective refractive index of the same Bragg wavelength at different locations. Measure the precise heat rate point pattern in the flow chart of the left and right balance. The precise flow chart pattern will generate a periodic left-right balanced balanced heat rate point signal.
센서에 형성된 장주기 격자와 단주기 격자의 이중 구조체는 1차 장주기 UV 조사 공정과 2차 단주기 펨토초 레이저 조사 공정을 통한 형성될 수 있다. 이중 브래그 격자는 첩 형태의 연속 장주기 격자와 균일 형태의 단주기 격자를 포함할 수 있다.The dual structure of the long-period grating and the short-period grating formed in the sensor may be formed through the first long-period UV irradiation process and the second short-period femtosecond laser irradiation process. The double Bragg grating may include a continuous long-period grating in the form of a chirp and a short-period grating in a uniform form.
장주기 브릿지로 연결된 단주기 격자 사이의 브래그 격자 디자인은 영률 공간상의 측정에 적합한 좌표 설정을 가능하게 한다. 장주기 격자는 브래그의 이동에 영향을 주지 않고 크기의 주기적인 패턴을 생성하여 각 브래그 파장의 크기에 주기성 속성을 가지게 한다. The Bragg grating design between the short-period gratings connected by long-period bridges enables the setting of coordinates suitable for measurements in Young's modulus space. The long-period grating generates a periodic pattern of size without affecting the movement of Bragg, so that the size of each Bragg wavelength has periodicity property.
장주기 격자는 코어와 클래딩의 유효 굴절률 그리고 코어의 유효 굴절률 변화를 통한 빛의 산란과 간섭을 통해 코어 모드와 클래딩 모드 두가지 경로로 이동하며 다시 코어와 클래딩에 의해 결합되어 코어에 전파되는 광에 대해 위상 편위되어 갑섭 패턴을 발생시킨다. 그러나 브래그 파장의 측정에는 영향을 미치지 않으며 공간상의 형상 측정에 좌표축 설정을 가능하게 한다.The long-period grating moves in two paths, the core mode and the cladding mode, through scattering and interference of light through the effective refractive index of the core and the cladding and the change of the effective refractive index of the core. It is biased and creates an interference pattern. However, it does not affect the measurement of the Bragg wavelength and enables the setting of the coordinate axis for spatial shape measurement.
빛은 브레넬 반사와 투과에 의하여 위상 변화 측정 방법에 의한 관계를 갖는다. 위상은 기준에 대한 비교 각도를 의미하고 각도는 디그리(Degree) 또는 라디안(Radian)으로 기록된다. 절대적인 위상과 상대적인 위상을 이용하여 파장의 변화를 알 수 있다.Light has a relationship according to the phase change measurement method due to Brenel reflection and transmission. Phase means the angle compared to the reference, and the angle is recorded in degrees or radians. The change of the wavelength can be known using the absolute phase and the relative phase.
장주기 격자는 광섬유 내의 코어 모드와 클래딩 모드의 상호 작용에 의한 커플링 현상으로 스펙트럼의 피크를 제외한 나머지 부분을 통과시킨다. 필터 작용은 파장 변이의 신호 측정을 용이하게 한다. 장주기 격자 및 단주기 격자의 복합 브래그 격자를 사용하여 신체 동작과 관련된 파장 변이의 패턴적인 신호를 도출할 수 있다. The long-period grating is a coupling phenomenon due to the interaction between the core mode and the cladding mode in the optical fiber, and passes the rest of the spectrum except for the peak. Filter action facilitates signal measurement of wavelength shifts. A complex Bragg grating of long-period gratings and short-period gratings can be used to derive patterned signals of wavelength shifts related to body motion.
펨토초 레이저 격자 포인트는 측정 위치 양단에 위치할 수 있고, 동일 파장의 브래그 파장을 유도할 수 있다.Femtosecond laser grating points may be located at both ends of the measurement location, and may induce a Bragg wavelength of the same wavelength.
장력 스트레인을 이용한 근접 스펙트럼의 분포형 센서는 절대 측정의 일반적인 브래그 파장의 중심 파장 변이에 의한 모니터링을 섬세한 측정 해상도로 측정할 수 있게 한다.The near-spectrum distributed sensor using tension strain enables monitoring by shifting the central wavelength of the normal Bragg wavelength of absolute measurement to be measured with fine measurement resolution.
동일 근접 파장의 중심 파장은 동일 위상의 피크에 모이게 된다. 양단의 단주기 격자에 의해 유도된 브래그 중심 파장은 외부 스트레인의 변형에 의해 두 부분으로 분할 또는 다양한 곡률 파장 분리 변화로 인해 양단 단주기 격자의 상대적 스트레인에 의한 변화에 반응하게 된다. 반사의 상대적 세기를 측정하는 파형의 변화에 의한 영률 모니터링 측정을 가능하게 한다.The center wavelengths of the same adjacent wavelength converge at the same phase peak. The Bragg center wavelength induced by the short-period grating at both ends is divided into two parts by the deformation of the external strain or responds to the change by the relative strain of the short-period grating at both ends due to the various curvature wavelength separation changes. Enables Young's modulus monitoring measurements by changing the waveform to measure the relative strength of the reflection.
이중 격자 디자인을 이용하여 영률의 4 가지 동선 패턴에 맞춰진 신호를 획득할 수 있다. 계단형 수직 상승/하강 및 사선형 상승/하강의 신호 측정이 가능하다. 시간의 정적인 움직임과 동적인 움직임에 따른 파장 변이 미분계수를 측정할 수 있다.By using the double lattice design, it is possible to acquire a signal tailored to the four copper wire patterns of Young's modulus. It is possible to measure the signal of stepped vertical rise/fall and diagonal rise/fall. It is possible to measure the differential coefficient of wavelength shift according to the static and dynamic motion of time.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서의 탄성체의 외형을 예시한 도면이다.7 is a view illustrating an external shape of an elastic body of an optical fiber sensor according to another embodiment of the present invention.
광섬유 센서(10)는 광섬유의 물성과 함께 공존 가능한 강성과 탄성을 갖는 로딩 프레임 2차 구조체를 포함할 수 있다. 구조체는 공간적 힘의 운용에 적합한 영률 측정 로딩 프레임이다. 구조체는 웨어러블 센서로 동작하기 위해서 신체 표면의 공간적 굴곡 흐름에 적합하고 센서가 영향을 주는 범위를 확장한다.The
광섬유 센서(10)는 커브 구간을 갖는 탄성체를 포함하며, 코어 및 클래딩이 탄성체에 형성될 수 있다. 예컨대, 탄성체의 외부에 부착되거나 탄성체의 내부에 매립하는 방식을 형성될 수 있다. 광섬유 센서(10)는 탄성체를 대상체에 부착하는 체결구를 더 포함할 수 있다.The
서브 브래그 격자를 대상체의 동작의 끝단 방향에 가깝게 위치시키는 것이 바람직하다. 예컨대, 팔 동작을 측정할 때 어깨(동작의 중심)와 팔뚝(동작의 끝단) 중에서 팔뚝 쪽에 서브 브래그 격자를 위치시킬 수 있다.It is preferable to position the sub Bragg grid close to the end direction of the motion of the object. For example, when measuring an arm motion, the sub Bragg grid may be positioned on the forearm side of the shoulder (center of motion) and forearm (end of motion).
탄성체는 커브 구간(420, 430)과 직선 구간(410)을 포함하며, 서브 브래그 격자가 직선 구간(410)에 위치할 수 있다. 커브 구간(420, 430)에 서브 브래그 격자가 위치할 수도 있으나, 커브 구간을 대상체의 동작 중심에 가깝게 부착하는 것이 바람직하다. 또는 팔뚝 쪽에 직선 구간을 위치시키고 어깨 쪽에 커브 구간을 위치시킬 수 있다. The elastic body includes
광섬유 센서(10)는 카이랄 구조와 영률의 상관성을 이용한 로딩 로드(Loading Rod) 구조체를 포함한다. 탄성 로드 셀 디자인은 광탄성 응답 속도에 협력하여 신체 구조의 카이랄 힘의 전달 운용의 확장 및 효율성을 제공한다. 구조체는 센서에 기계적 변환 분포를 정확하게 측정 가능하게 한다.The
공간적 외부 힘의 운용과 센서를 연결해주는 로딩 탄성 바디체인 오일러 나선 커브가 사용될 수 있다. 탄성 로드를 사용하여 브래그 격자가 새겨진 범위와 다른 위치에 놓인 브래그 격자의 흐름을 연결할 수 있다. 신체의 동적 동작을 고려하여 힘의 운용 전환의 부드러운 전달을 가능하게 한다. 로딩 프레임 2차 구조체의 물성은 광탄성과의 상관성을 고려하여 강성과 탄성도를 설정할 수 있다.Euler spiral curves, a loading elastic body that connects the sensor with the operation of spatial external forces, can be used. An elastic rod can be used to connect the flow of a Bragg grating placed in a different position to the range engraved with the Bragg grating. Allows for smooth transmission of operational transitions of forces taking into account the dynamic motion of the body. The physical properties of the loading frame secondary structure can be set to rigidity and elasticity in consideration of the correlation with photoelasticity.
센서의 파장 변이는 카이랄 움직임을 통한 센서 범위의 브래그 파장 변이가 탄성체의 탄성파 흐름도와 관련을 갖게 하여 센서 측정 범위를 확장할 수 있다. 연결되는 구조의 브릿지를 파장의 변이 흐름상에 연속적으로 있게 한다.The wavelength shift of the sensor can extend the sensor measurement range by making the Bragg wavelength shift of the sensor range through chiral motion related to the elastic wave flow diagram of the elastic body. The bridges of the connecting structures are continuous in the wave-varying flow.
오일러 커브는 3 단계의 영률 전달 단계를 갖는다. 가지게 된다. 신체의 동작을 센서로 전달하기 위한 circular curve 구간, 영률의 변화점을 갖게 되는 euler easement 구간, 그리고 탄성파의 유효성이 상실 또는 유지되는 straight track 구간으로 나뉜다. 센서의 위치는 circular curve에 위치할 수 있다. 영률의 변환 포인트는 euler easement에 위치하게 된다. 다른 한 쌍의 센서는 straight track에서 연결될 수 있다.The Euler curve has three stages of Young's modulus transfer. will have It is divided into a circular curve section for transmitting body motion to the sensor, an euler easement section having a change point of Young's modulus, and a straight track section where the effectiveness of elastic waves is lost or maintained. The position of the sensor may be located on a circular curve. The conversion point of Young's modulus is located at the euler easement. The other pair of sensors can be connected on a straight track.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 벡터 측정 장치를 예시한 블록도이다.8 is a block diagram illustrating an apparatus for measuring a vector according to another embodiment of the present invention.
벡터 측정 장치(1)는 광섬유 센서(10), 광섬유 센서에 광신호를 송신하고 파장이 변화된 광신호를 수신하는 파장 계측부(20), 및 파장이 변화된 광신호를 분석하여 대상체의 동작에 대한 벡터를 출력하는 벡터 처리부(30)를 포함한다.The
광섬유 센서(10)는 브래그 격자가 형성된 코어 및 코어의 둘레를 감싼 클래딩을 포함하며, 브래그 격자는 (i) 3 개 이상의 기본 브래그 격자 및 (ii) 연속하는 2 개의 기본 브래그 격자 사이에 위치하는 서브 브래그 격자를 포함한다. The
파장 계측부(20)는 광원 및 파장을 검출하는 광검출기를 포함한다. 파장 계측부(20)는 유선 또는 무선으로 데이터를 전송할 수 있다.The
벡터 처리부(30)는 파장의 피크를 추출하고, 파장의 크기 및 간격을 추출하고, 기준 축을 기준으로 양 또는 음의 부호를 추출할 수 있다. 추출한 데이터를 분석한 결과에 따라 벡터를 출력한다. 데이터의 패턴을 비교하여 벡터의 크기와 방향을 구분할 수 있다.The
벡터 처리부(30)는 푸리에 변환을 적용하여 장주기 광파로에서의 단주기 격자의 다양한 파장 변이의 동적 변화를 세밀하게 분석할 수 있다.The
벡터 측정 장치에 포함된 구성요소들은 상호 결합되어 적어도 하나의 모듈로 구현될 수 있다. 구성요소들은 장치 내부의 소프트웨어적인 모듈 또는 하드웨어적인 모듈을 연결하는 통신 경로에 연결되어 상호 간에 유기적으로 동작한다. 이러한 구성요소들은 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 이용하여 통신한다.Components included in the vector measuring device may be coupled to each other and implemented as at least one module. The components are connected to a communication path connecting a software module or a hardware module inside the device to operate organically with each other. These components communicate using one or more communication buses or signal lines.
벡터 측정 장치는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 로직회로 내에서 구현될 수 있고, 범용 또는 특정 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수도 있다. 장치는 고정배선형(Hardwired) 기기, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA), 주문형 반도체(Application Specific Integrated Circuit, ASIC) 등을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 장치는 하나 이상의 프로세서 및 컨트롤러를 포함한 시스템온칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다.The vector measuring apparatus may be implemented in a logic circuit by hardware, firmware, software, or a combination thereof, and may be implemented using a general-purpose or special-purpose computer. The device may be implemented using a hardwired device, a field programmable gate array (FPGA), an application specific integrated circuit (ASIC), or the like. In addition, the device may be implemented as a system on chip (SoC) including one or more processors and controllers.
벡터 측정 장치는 하드웨어적 요소가 마련된 컴퓨팅 디바이스에 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합하는 형태로 탑재될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스는 각종 기기 또는 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신장치, 프로그램을 실행하기 위한 데이터를 저장하는 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 명령하기 위한 마이크로프로세서, 정보를 출력하는 표시부 등을 전부 또는 일부 포함한 다양한 장치를 의미할 수 있다.The vector measuring apparatus may be mounted in the form of software, hardware, or a combination thereof on a computing device provided with hardware elements. A computing device includes a communication device such as a communication modem for performing communication with various devices or wired/wireless communication networks, a memory for storing data for executing a program, a microprocessor for executing the program to perform calculations and commands, a display unit for outputting information, etc. may refer to various devices including all or part of
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서의 움직임을 예시한 도면이다. 광섬유 센서는 구부리고 비튼 상태에서 상태에 따른 벡터를 출력한다.9 is a diagram illustrating the movement of an optical fiber sensor according to another embodiment of the present invention. The optical fiber sensor outputs a vector according to the state in the bent and twisted state.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서가 신체에 부착된 것을 예시한 도면이다. 엄지 손가락과 손목 중에서 손목 쪽에 서브 브래그 격자를 위치시킬 수 있다. 광섬유 센서는 손 동작 상태에 따른 벡터를 출력한다.10 is a view illustrating that the optical fiber sensor is attached to the body according to another embodiment of the present invention. Sub Bragg grids can be placed on the wrist side of the thumb or wrist. The optical fiber sensor outputs a vector according to the hand motion state.
도 11은 골반의 움직임을 예시한 도면이다. 광섬유 센서는 골반의 Obliquity, Tilt, Rotation 상태에 따른 벡터를 출력한다.11 is a diagram illustrating the movement of the pelvis. The optical fiber sensor outputs vectors according to the obliquity, tilt, and rotation states of the pelvis.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서에 인가된 복수의 파장 대역을 예시한 도면이다.12 is a diagram illustrating a plurality of wavelength bands applied to an optical fiber sensor according to another embodiment of the present invention.
파장의 동작 순간 시간에 대한 신호 변화를 다양하게 표현하도록 1 개의 파장, 2 개의 파장, 4 개의 파장 등을 한 쌍으로 배열할 수 있다. 동일한 쌍에 속하는 센서를 서로 다른 위치에 위치시킬 수 있다.One wavelength, two wavelengths, four wavelengths, etc. can be arranged as a pair to variously express the signal change with respect to the instantaneous time of the wavelength. Sensors belonging to the same pair can be located in different locations.
시뮬레이션 과정에서 파장을 1542 nm, 1552 nm, 1562 nm, 1572 nm로 사용하였으나, 이는 예시일 뿐이며 다른 파장 대역을 사용할 수 있다. In the course of the simulation, wavelengths of 1542 nm, 1552 nm, 1562 nm, and 1572 nm were used, but this is only an example and other wavelength bands may be used.
도 13 및 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 센서를 골반에 부착한 상태에서 광섬유 센서로부터 출력된 광신호의 파장 변화를 예시한 도면이다.13 and 14 are diagrams illustrating changes in the wavelength of an optical signal output from the optical fiber sensor in a state where the optical fiber sensor is attached to the pelvis according to another embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 광섬유 센서에 의하면 헬리컬 구조의 코어를 통해 수치 변화를 증폭시키고 이중 브래그 격자를 통해 대상체의 움직임의 상대적인 벡터 해석이 가능하다.According to the optical fiber sensor according to the present embodiment, it is possible to amplify a numerical change through a core having a helical structure and to analyze a relative vector of a motion of an object through a double Bragg grating.
도 1에서는 각각의 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나 이는 예시적으로 설명한 것에 불과하고, 이 분야의 기술자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 1에 기재된 순서를 일부 변경하여 실행하거나 또는 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하거나 다른 과정을 추가하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이다.Although it is described that each process is sequentially executed in FIG. 1, this is only an exemplary description, and those skilled in the art may change the order described in FIG. 1 in a range that does not depart from the essential characteristics of the embodiment of the present invention. Various modifications and variations may be applied by executing or executing one or more processes in parallel or adding other processes.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The present embodiments are for explaining the technical idea of the present embodiment, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The protection scope of this embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present embodiment.
1: 벡터 측정 장치 10: 광섬유 센서
20: 파장 계측부 30: 벡터 처리부
100: 코어 110: 기본 브래그 격자
120: 서브 브래그 격자 200: 클래딩
300: 보호층1: vector measuring device 10: optical fiber sensor
20: wavelength measuring unit 30: vector processing unit
100: core 110: basic Bragg lattice
120: sub Bragg lattice 200: cladding
300: protective layer
Claims (20)
상기 코어에서 연속하는 2 개의 기본 브래그 격자 사이에 서브 브래그 격자를 형성하는 단계를 포함하며,
상기 기본 브래그 격자의 파장 변이와 상기 서브 브래그 격자의 파장 변이를 통해 광신호의 공진을 형성하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서의 제작 방법..forming at least three basic Bragg gratings in the core; and
forming a sub Bragg grating between two consecutive elementary Bragg gratings in the core;
Method of manufacturing an optical fiber sensor, characterized in that the resonance of the optical signal is formed through the wavelength shift of the basic Bragg grating and the wavelength shift of the sub Bragg grating.
상기 기본 브래그 격자를 형성하는 단계 이전에,
상기 코어를 회전시켜 사출하는 방식으로 헬리컬 구조를 갖는 코어를 형성하는 단계를 더 포함하는 광섬유 센서의 제작 방법.According to claim 1,
Prior to the step of forming the basic Bragg grating,
The method of manufacturing an optical fiber sensor further comprising the step of forming a core having a helical structure by rotating the core and injecting it.
상기 기본 브래그 격자를 형성하는 단계는,
상기 코어에 자외선(Ultraviolet)을 조사하는 방식을 통해 상기 기본 브래그 격자를 형성하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서의 제작 방법.According to claim 1,
Forming the basic Bragg lattice comprises:
Method of manufacturing an optical fiber sensor, characterized in that the basic Bragg grating is formed by irradiating the core with ultraviolet (Ultraviolet).
상기 서브 브래그 격자를 형성하는 단계는,
상기 코어에 펄스 레이저를 조사하는 방식을 통해 상기 서브 브래그 격자를 형성하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서의 제작 방법.According to claim 1,
Forming the sub Bragg lattice comprises:
Method of manufacturing an optical fiber sensor, characterized in that the sub-Bragg grating is formed by irradiating a pulse laser to the core.
상기 기본 브래그 격자를 형성하는 단계는,
상기 코어에 구간의 길이가 변하는 장주기(Long Period)로 상기 기본 브래그 격자를 형성하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서의 제작 방법.According to claim 1,
Forming the basic Bragg lattice comprises:
Method of manufacturing an optical fiber sensor, characterized in that the basic Bragg grating is formed in the core with a long period in which the length of the section is changed.
상기 서브 브래그 격자를 형성하는 단계는,
상기 코어에 균일한 길이를 갖는 단주기(Short Period)로 상기 서브 브래그 격자를 형성하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서의 제작 방법.According to claim 1,
Forming the sub Bragg lattice comprises:
Method of manufacturing an optical fiber sensor, characterized in that the sub-Bragg grating is formed in a short period having a uniform length in the core.
브래그 격자가 형성된 코어; 및
상기 코어의 둘레를 감싼 클래딩을 포함하며,
상기 브래그 격자는 (i) 3 개 이상의 기본 브래그 격자 및 (ii) 연속하는 2 개의 기본 브래그 격자 사이에 위치하는 서브 브래그 격자를 포함하며,
상기 기본 브래그 격자의 파장 변이와 상기 서브 브래그 격자의 파장 변이를 통해 광신호의 공진을 형성하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서.In the optical fiber sensor,
a core formed with a Bragg lattice; and
a cladding surrounding the core;
The Bragg grating comprises (i) at least three elementary Bragg gratings and (ii) a sub Bragg grating positioned between two consecutive elementary Bragg gratings;
The optical fiber sensor, characterized in that the resonance of the optical signal is formed through the wavelength shift of the basic Bragg grating and the wavelength shift of the sub Bragg grating.
상기 클래딩을 감싼 보호층을 더 포함하는 광섬유 센서.8. The method of claim 7,
The optical fiber sensor further comprising a protective layer surrounding the cladding.
상기 코어는 헬리컬 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서.8. The method of claim 7,
The optical fiber sensor, characterized in that the core is formed in a helical structure.
상기 헬리컬 구조로 형성된 코어는 상기 헬리컬 구조에 따른 탄성파를 이용하여 상기 브래그 격자의 파장을 이동시키고 상기 광섬유 센서의 방향 전환 속도를 가속하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서.10. The method of claim 9,
The optical fiber sensor, characterized in that the core formed in the helical structure moves the wavelength of the Bragg grating and accelerates the direction change speed of the optical fiber sensor by using the elastic wave according to the helical structure.
상기 헬리컬 구조로 형성된 코어는 상기 헬리컬 구조에 따른 광의 입사각 변형을 통하여 광의 임계각을 변화시키는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서.10. The method of claim 9,
The optical fiber sensor, characterized in that the core formed in the helical structure changes the critical angle of the light through a change in the incident angle of the light according to the helical structure.
상기 기본 브래그 격자는 구간의 길이가 변하는 장주기(Long Period)로 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서.8. The method of claim 7,
The basic Bragg grating is an optical fiber sensor, characterized in that formed in a long period (Long Period) in which the length of the section is changed.
상기 기본 브래그 격자는 상기 브래그 격자의 파장의 이동에 영향을 주지 않고, 상기 브래그 격자의 파장의 크기에 주기적인 패턴을 형성하여 공간 측정의 상대적인 기준을 제공하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서.13. The method of claim 12,
The basic Bragg grating does not affect the movement of the wavelength of the Bragg grating, and forms a periodic pattern in the size of the wavelength of the Bragg grating to provide a relative reference for spatial measurement.
상기 기본 브래그 격자는 코어 모드와 클래딩 모드의 상호 작용에 의한 커플링 현상으로 스펙트럼의 피크를 제외한 나머지 영역을 통과시키는 필터로 동작하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서.13. The method of claim 12,
The basic Bragg grating is a coupling phenomenon due to the interaction between the core mode and the cladding mode, and the optical fiber sensor, characterized in that it operates as a filter that passes the remaining region except for the peak of the spectrum.
상기 장주기는 광의 진행 방향으로 선형적으로 또는 비선형으로 변하는 비균일한 길이를 갖는 첩(Chirp) 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서.13. The method of claim 12,
The optical fiber sensor, characterized in that the long period includes a chirp section having a non-uniform length that is linearly or non-linearly changed in the traveling direction of the light.
상기 서브 브래그 격자는 균일한 길이를 갖는 단주기(Short Period)로 형성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서.8. The method of claim 7,
The sub Bragg grating is an optical fiber sensor, characterized in that it is formed in a short period (Short Period) having a uniform length.
커브 구간을 갖는 탄성체를 포함하며,
상기 코어 및 상기 클래딩이 상기 탄성체에 형성된 것을 특징으로 하는 광섬유 센서.8. The method of claim 7,
It includes an elastic body having a curved section,
The optical fiber sensor, characterized in that the core and the cladding are formed in the elastic body.
상기 탄성체는 상기 커브 구간과 직선 구간을 포함하며,
상기 서브 브래그 격자가 상기 직선 구간에 위치하는 것을 특징으로 하는 광섬유 센서.19. The method of claim 18,
The elastic body includes the curved section and the straight section,
The optical fiber sensor, characterized in that the sub Bragg grating is located in the straight section.
광섬유 센서;
상기 광섬유 센서에 광신호를 송신하고 파장이 변화된 광신호를 수신하는 파장 계측부; 및
상기 파장이 변화된 광신호를 분석하여 대상체의 동작에 대한 벡터를 출력하는 벡터 처리부를 포함하며,
상기 광섬유 센서는,
브래그 격자가 형성된 코어; 및
상기 코어의 둘레를 감싼 클래딩을 포함하며,
상기 브래그 격자는 (i) 3 개 이상의 기본 브래그 격자 및 (ii) 연속하는 2 개의 기본 브래그 격자 사이에 위치하는 서브 브래그 격자를 포함하며,
상기 기본 브래그 격자의 파장 변이와 상기 서브 브래그 격자의 파장 변이를 통해 광신호의 공진을 형성하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 벡터 측정 장치.A vector measuring device comprising:
fiber optic sensor;
a wavelength measuring unit transmitting an optical signal to the optical fiber sensor and receiving the optical signal having a changed wavelength; and
and a vector processing unit that analyzes the optical signal with the changed wavelength and outputs a vector for the motion of the object,
The optical fiber sensor is
a core formed with a Bragg lattice; and
a cladding surrounding the core;
The Bragg grating comprises (i) at least three elementary Bragg gratings and (ii) a sub Bragg grating positioned between two consecutive elementary Bragg gratings;
A vector measuring apparatus, characterized in that the resonance of the optical signal is formed through the wavelength shift of the basic Bragg grating and the wavelength shift of the sub Bragg grating.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200071121A KR102359024B1 (en) | 2020-06-11 | 2020-06-11 | Bragg Grating Based Optical Fiber Sensor Measuring Inflection Point Vector of Chiral Motion and Manufacturing Method Thereof |
| US17/343,533 US11614580B2 (en) | 2020-06-11 | 2021-06-09 | Bragg grating based optical fiber sensor which is capable of measuring inflection point vector of chiral motion and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200071121A KR102359024B1 (en) | 2020-06-11 | 2020-06-11 | Bragg Grating Based Optical Fiber Sensor Measuring Inflection Point Vector of Chiral Motion and Manufacturing Method Thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210154025A KR20210154025A (en) | 2021-12-20 |
| KR102359024B1 true KR102359024B1 (en) | 2022-02-04 |
Family
ID=78825272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200071121A KR102359024B1 (en) | 2020-06-11 | 2020-06-11 | Bragg Grating Based Optical Fiber Sensor Measuring Inflection Point Vector of Chiral Motion and Manufacturing Method Thereof |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11614580B2 (en) |
| KR (1) | KR102359024B1 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010535113A (en) * | 2007-08-02 | 2010-11-18 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Method for manufacturing a motion sensor |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7421162B2 (en) | 2005-03-22 | 2008-09-02 | General Electric Company | Fiber optic sensing device and method of making and operating the same |
| KR100774372B1 (en) | 2006-07-24 | 2007-11-08 | 한국과학기술연구원 | Sensor for simultaneous measurement of bending and temperature based on sampled chirped fiber bragg grating |
| KR100813613B1 (en) * | 2006-08-08 | 2008-03-17 | 광주과학기술원 | A method and an apparatus for manufacturing fiber gratings, and an optical fiber having the fiber gratings formed thereby |
| US10258240B1 (en) * | 2014-11-24 | 2019-04-16 | Vascular Imaging Corporation | Optical fiber pressure sensor |
| KR101862131B1 (en) | 2016-06-08 | 2018-05-30 | 한국과학기술연구원 | Motion capture system using a FBG sensor |
| EP4253917A3 (en) * | 2018-06-04 | 2023-12-20 | Intuitive Surgical Operations, Inc. | Overlapping fiber gratings |
-
2020
- 2020-06-11 KR KR1020200071121A patent/KR102359024B1/en active IP Right Grant
-
2021
- 2021-06-09 US US17/343,533 patent/US11614580B2/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010535113A (en) * | 2007-08-02 | 2010-11-18 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Method for manufacturing a motion sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20210389519A1 (en) | 2021-12-16 |
| KR20210154025A (en) | 2021-12-20 |
| US11614580B2 (en) | 2023-03-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Leal-Junior et al. | Sensitive zone parameters and curvature radius evaluation for polymer optical fiber curvature sensors | |
| EP3234667B1 (en) | Dissimilar cores in multicore optical fiber for strain and temperature separation | |
| Leal-Junior et al. | Multiplexing technique for quasi-distributed sensors arrays in polymer optical fiber intensity variation-based sensors | |
| CN106959077A (en) | A kind of universal bend sensor of multi-core fiber grating | |
| US5818982A (en) | Fiber optic sensor based upon buckling of a freely suspended length of fiber | |
| US20130308138A1 (en) | Fiber optic sensor for determining 3d shape | |
| US11781857B2 (en) | Force sensing in a distal region of an instrument including single-core or multi-core optical fiber | |
| JP2021513396A (en) | Distributed intravascular fiber Bragg pressure sensor | |
| Kisała | Physical foundations determining spectral characteristics measured in Bragg gratings subjected to bending | |
| KR102359024B1 (en) | Bragg Grating Based Optical Fiber Sensor Measuring Inflection Point Vector of Chiral Motion and Manufacturing Method Thereof | |
| Westbrook et al. | Distributed sensing over meter lengths using twisted multicore optical fiber with continuous Bragg gratings | |
| Egorova et al. | Investigation of bending effects in chirped FBGs array in multicore fiber | |
| Suresh et al. | Multi-component force measurement using embedded fiber Bragg grating | |
| Shuai et al. | Fiber grating displacement sensor of tape measure structure | |
| JP2023519538A (en) | A system for measuring microbends and arbitrary small deformations along three-dimensional space | |
| CN113167566B (en) | High resolution distributed sensor using offset core fiber | |
| WO2022119446A1 (en) | Fiber-bragg grating sensor | |
| Su et al. | Spectral response of polarization properties of fiber Bragg grating under local pressure | |
| CN108061615B (en) | Array type three-dimensional measurement method based on quasi-distributed fiber bragg grating | |
| Costa et al. | Curvature vector smart sensing with a long-period fibre grating probed by artificial intelligence | |
| RU2723921C1 (en) | Deformations measuring method | |
| CN208704947U (en) | A kind of hydraulic sensing device based on asymmetric micro-structure twin-core fiber | |
| Al-Lami et al. | Adjustable optical fiber displacement-curvature sensor based on macro-bending losses with a coding of optical signal intensity | |
| KR101536074B1 (en) | Optical Fiber Position Sensor Having Optical Sphere and Position Sensing System Using The Sensor | |
| AU2012321276B2 (en) | Phase mask period control |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |